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来看看超声波液位计常见误差原因分析

时间:2020-04-10      阅读:3478

   超声波液位计一般采用收发合一的陶瓷超声波换能器,声波的发射和接收都由同一个探头完成。探头向被测液面发射超声波信号,超声波由探头经传播介质传播至被测液面,在液面上形成反射,反射波沿原路径传播至探头,被探头吸收。计时单元测量超声波从发射到回波被接收所用的时间,根据声波在空气中的传播速度,可以计算出探头至液面的距离,从而得出液面的高度。
  下面我们来看看超声波液位计常见误差原因分析:
  1、参考声速精度误差
  从距离值S与声速C和传输时间T之间的关系公式S=C×T/2可知,利用超声波液位计测量液位,还需要知道超声波在空气中的传播速度,因此超声波传播速度取值精度将极大地影响超声波液位计的测量精度。
  2、系统误差
  系统误差主要由系统时延产生,系统延时的主要来源有硬件电路延时、单片机的中断响应延时、探头响应延时等。由于超声波液位计工作于脉冲发射状态,单片机每次发出发射命令后,发射功放电路要经过一个能量蓄积的过程才能达到发射状态,同时探头内的压电陶瓷也有一个起振过程,要达到40kHz的振动频率也需要一定时间。而计时却是从发射命令发出开始的,因此这个系统时延必须要予以考虑,并在软件上进行补偿。
  3、渡越时间误差
  超声波是纵向振动的弹性机械波,它借助传播介质的分子运动而传播。由于传播介质的吸收、散射和声波的扩散等原因,导致声强、声压和声能减弱,发生声波衰减。并且超声波液位计的测量需要在被测液面上形成一次声波反射,这同样会引起声波的衰减。声波是按传播距离的指数规律衰减的,当液面高度不同时,声波的传输距离也不相同,其接收波的幅度也会有较大差异。探头发射超声波时系统开始计时,当接收信号的幅度超过设定的阈值时停止计时。液位高度发生变化时,接收信号的幅度也会发生变化。在液位比较低时,接收信号幅度比较小,可能需要在第4个波峰处才能达到阈值;当液面高度比较高时,接收信号幅度比较大,可能在第3个甚至更早就能达到阈值。这样停止计时的时间就不是确定的,这种不确定性必然会给系统测量精度带来误差。
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